Høj præcision over 370 millioner cyklusser: Axis/plain lejesystem i det kunstige hjerte

Profil

• Hvad der var brug for: Et specielt bøsning og en aksel til den drivende enhed, der bøjer membranen i pumpekamrene
• Krav: Vedligeholdelsesfri, kompakt, lavt spil, modstandsdygtig over for kemikalier, fugt samt gentagne vridnings- og vekslende aksiale kræfter, levetid på over 370 millioner cyklusser, letvægts
• Branche: Medicinsk teknologi, medicinsk udstyr
• Succes for kunden: Med et iglidur J special-glideleje og en tilhørende drylin-aluminiumsaksel kunne ReinHeart TAH GmbH udvikle et præcist, vedligeholdelsesfrit og holdbart drivsystem, der fungerer pålideligt trods høje belastninger og minimal monteringsplads og maksimerer det kunstige hjertes effektivitet.

Det kunstige hjerte består af en drivenhed og to pumpekamre, der fungerer som fortrængningspumper. Pumpekamrene har et stift hus og fleksible membraner, der skiftevis bøjes af et patenteret elektromekanisk lineært drev. Denne bevægelse får de kunstige hjerteklapper til at skabe en målrettet, pulserende blodgennemstrømning.

I drivenheden anvendes et aksialt glidelejesystem til at føre aktuatorens spoler med høj præcision gennem statorens magnetfelt. For at optimere drevets ydeevne er der kun et minimalt luftspalte mellem aktuatorens spoler og magneterne. Positionssensorer på lejet overvåger nøjagtigt akselens bevægelse og tillader kun en afvigelse på nogle få tiendedele af en millimeter og en rotation på nogle få grader.

De tekniske udfordringer er mange: Systemet skal være vedligeholdelsesfrit og sikre konstant præcision under skiftende belastninger. Glidelejet skal kunne modstå gentagne vridningsbelastninger i løbet af en levetid på fem år (ca. 370 millioner cyklusser) samt skiftende aksiale belastninger, afhængigt af patientens position og bevægelser.

En kompakt monteringsdimension, letvægtsfunktion samt kemisk resistens og lav fugtabsorption er yderligere afgørende faktorer. Bøsningen er placeret inde i drivenheden, hvor der ikke er direkte kontakt med kroppens egne væsker. På grund af plastens gennemtrængelighed må man dog på lang sigt forvente, at der trænger fugt ind i drevet og dermed også ind på lejet. Desuden må der ikke dannes potentielt farlige slitage-rester fra metal.

Ved det første forsøg blev der afprøvet et to-akset system, men det var vanskeligt at bevæge på grund af produktionstolerancer, der var svære at overholde, og som endda førte til, at den ene akse brød sammen. Desuden var pladsbehovet for løsningen betydeligt større på grund af de to bøsninger.

Da der ikke fandtes nogen standardløsning, der kunne opfylde de omfattende krav, blev dette aksel-glidelejesystem specielt udtænkt og udviklet af ReinHeart og realiseret i samarbejde med igus. Det specialstøbte leje er fremstillet af materialet iglidur J, som er særdeles velegnet til denne anvendelse på grund af dets kemiske modstandsdygtighed, lave fugtoptagelse og det faktum, at det ikke kræver smøring. Da der ikke er nogen risiko for slitage fra metalpartikler, er en sikker drift garanteret. Aksen er en drylin AWMP-aluminiumsaksel, der passer perfekt sammen med iglidur J, hvilket sikrer god køreegenskab og minimalt slid gennem hele levetiden.

Lejet er pladsbesparende, letvægts og har udsparinger, der gør det muligt at integrere positionssensorer til præcis overvågning af aksens bevægelse. Lejet og aksen er udstyret med en antirotationsfunktion, er geometrisk tilpasset hinanden og har snævre tolerancer med hensyn til form og placering. Et centralt træk ved aksel-lejesystemet er en planlagt "indkøringsfase": Når akslen føres sammen for første gang, fastspændes den bevidst i lejet og kan kun bevæges ved at udøve en bestemt kraft. I driftenes første fase tilpasser lejets kontur sig til aksen for at sikre optimal styring.

Kombinationen af akse, leje og sensorsystem opfylder kravene til minimale spil, præcis vejledning og robusthed under skiftende tvær- og vridningsbelastninger. Dette resulterer i en præcis vejledning, der er vedligeholdelsesfri i hele en levetid på fem år.

Efter flere års udvikling er aksellejesystemet nu nået til sin anden generation. For ReinHeart TAH GmbH er resultatet meget tilfredsstillende, og det skal nu bevise sit værd i udholdenhedstests. I samarbejde med igus blev der udviklet testkoncepter for bøsningerne, hvor igus også baner ny vej.